JPH05312771A - 酸素センサおよびその製造方法 - Google Patents
酸素センサおよびその製造方法Info
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- JPH05312771A JPH05312771A JP4146251A JP14625192A JPH05312771A JP H05312771 A JPH05312771 A JP H05312771A JP 4146251 A JP4146251 A JP 4146251A JP 14625192 A JP14625192 A JP 14625192A JP H05312771 A JPH05312771 A JP H05312771A
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- JP
- Japan
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- sensor
- layer
- electrode
- porous alumina
- oxygen sensor
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、センサの気体拡散層をポーラスア
ルミナ層で形成し、加工性と再現性に優れた酸素センサ
を提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、基板１上に形成されたセンサ電極
３，４と、少なくとも該センサ電極３，４間に跨がる基
板１上に形成したイオン伝導体層２と、前記センサ電極
３，４の少なくとも一方の電極３上に被覆されたポーラ
スアルミナ層５とからなる酸素センサであって、この構
成により、優れた加工性と再現性が得られる。
ルミナ層で形成し、加工性と再現性に優れた酸素センサ
を提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、基板１上に形成されたセンサ電極
３，４と、少なくとも該センサ電極３，４間に跨がる基
板１上に形成したイオン伝導体層２と、前記センサ電極
３，４の少なくとも一方の電極３上に被覆されたポーラ
スアルミナ層５とからなる酸素センサであって、この構
成により、優れた加工性と再現性が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気体拡散層をポーラス
アルミナ層で形成し、小型で加工性および再現性に優れ
た酸素センサおよびその製造方法に関するものである。
アルミナ層で形成し、小型で加工性および再現性に優れ
た酸素センサおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、限界電流式の酸素センサにおい
ては、イオン伝導体にセンサ電極を設けると共に、当該
電極の一方の側に被測定気体中の酸素ガスが拡散される
ように、種々の拡散手段がとられている。例えば、一方
の電極側に拡散用の小孔を有するキャップを被せたり、
あるいはポーラスな部材（ガス透過性の部材）を積層さ
せたり、ポーラスな材料を印刷成形により設けたり、さ
らにはスパッタ法などによりポーラスな薄膜を設けたり
する方法がとられている。
ては、イオン伝導体にセンサ電極を設けると共に、当該
電極の一方の側に被測定気体中の酸素ガスが拡散される
ように、種々の拡散手段がとられている。例えば、一方
の電極側に拡散用の小孔を有するキャップを被せたり、
あるいはポーラスな部材（ガス透過性の部材）を積層さ
せたり、ポーラスな材料を印刷成形により設けたり、さ
らにはスパッタ法などによりポーラスな薄膜を設けたり
する方法がとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記キャッ
プを被せる方法では厚膜型構造となり、センサ自体の小
型化が望めないという問題があった。一方、ポーラスな
部材の積層方法では薄膜型構造が可能となり、センサ自
体の小型化が期待できるものの、センサ電極をイオン伝
導体の両面側に設ける関係上、加工性に問題があった。
この点、ポーラスな材料を印刷成形する方法やスパッタ
法などによりポーラスな薄膜を形成する方法にあって
は、もちろん薄膜型構造が可能で、かつ、センサ電極を
イオン伝導体の片面側に設けることも容易であるため、
加工性にも優れている反面、そのポーラス度のコントロ
ールが困難であるなどの理由により、再現性が乏しく、
安定した限界電流値が得られないという問題があった。
プを被せる方法では厚膜型構造となり、センサ自体の小
型化が望めないという問題があった。一方、ポーラスな
部材の積層方法では薄膜型構造が可能となり、センサ自
体の小型化が期待できるものの、センサ電極をイオン伝
導体の両面側に設ける関係上、加工性に問題があった。
この点、ポーラスな材料を印刷成形する方法やスパッタ
法などによりポーラスな薄膜を形成する方法にあって
は、もちろん薄膜型構造が可能で、かつ、センサ電極を
イオン伝導体の片面側に設けることも容易であるため、
加工性にも優れている反面、そのポーラス度のコントロ
ールが困難であるなどの理由により、再現性が乏しく、
安定した限界電流値が得られないという問題があった。
【０００４】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、センサの気体拡散手段である気体拡
散層をポーラスアルミナ層で形成することにより、上記
各種の欠点を遍く解消した酸素センサおよびその製造方
法を提供することを目的とするものである。
てなされたもので、センサの気体拡散手段である気体拡
散層をポーラスアルミナ層で形成することにより、上記
各種の欠点を遍く解消した酸素センサおよびその製造方
法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の一つは、基板上
に形成されたセンサ電極と、少なくとも該センサ電極間
に跨がる基板上に形成したイオン伝導体層と、前記セン
サ電極の少なくとも一方の電極上に被覆されたポーラス
アルミナ層とからなることを特徴とする酸素センサにあ
る。本発明のもう一つは、基板上にセンサ電極を形成す
ると共に少なくとも該センサ電極間に跨がる基板上にイ
オン伝導体層を形成し、かつ、前記センサ電極の少なく
とも一方の電極上にアルミニウム層を被覆し、しかる
後、当該アルミニウム層の少なくとも一部を陽極酸化処
理によりポーラスアルミナ層としたことを特徴とする酸
素センサの製造方法にある。
に形成されたセンサ電極と、少なくとも該センサ電極間
に跨がる基板上に形成したイオン伝導体層と、前記セン
サ電極の少なくとも一方の電極上に被覆されたポーラス
アルミナ層とからなることを特徴とする酸素センサにあ
る。本発明のもう一つは、基板上にセンサ電極を形成す
ると共に少なくとも該センサ電極間に跨がる基板上にイ
オン伝導体層を形成し、かつ、前記センサ電極の少なく
とも一方の電極上にアルミニウム層を被覆し、しかる
後、当該アルミニウム層の少なくとも一部を陽極酸化処
理によりポーラスアルミナ層としたことを特徴とする酸
素センサの製造方法にある。
【０００６】
【作用】上記本発明によると、気体拡散層がガス透過性
を有するポーラスアルミナ層からなるため、被測定気体
中の酸素ガスが良好に拡散されると共に、薄膜型で、加
工性に優れた酸素センサが得られる。また、このポーラ
スアルミナ層が陽極酸化処理により得られるため、容易
に形成でき、良好な再現性が得られる。
を有するポーラスアルミナ層からなるため、被測定気体
中の酸素ガスが良好に拡散されると共に、薄膜型で、加
工性に優れた酸素センサが得られる。また、このポーラ
スアルミナ層が陽極酸化処理により得られるため、容易
に形成でき、良好な再現性が得られる。
【０００７】
【実施例】図１〜図３は、本発明に係る酸素センサの一
実施例を示したものである。図中、１は例えばＳｉ板１
ａの表面にＳｉＯ2 層１ｂを設けた基板、３，４はこの
基板１上に形成された、例えばＰｔなどからなる一対の
櫛型の各櫛片を相互に組み合わせた形のセンサ電極（一
方がカソード、他方がアノード）、２は上記基板１上お
よびセンサ電極３，４上に形成された、ジルコニアなど
からるイオン伝導体層、５はこれらのセンサ電極３，４
の少なくとも一方、例えばカソード（−）側の電極３お
よび当該電極３上のイオン伝導体層２上に被覆されたポ
ーラスアルミナ層（Ａｌ2 Ｏ3 ）である。
実施例を示したものである。図中、１は例えばＳｉ板１
ａの表面にＳｉＯ2 層１ｂを設けた基板、３，４はこの
基板１上に形成された、例えばＰｔなどからなる一対の
櫛型の各櫛片を相互に組み合わせた形のセンサ電極（一
方がカソード、他方がアノード）、２は上記基板１上お
よびセンサ電極３，４上に形成された、ジルコニアなど
からるイオン伝導体層、５はこれらのセンサ電極３，４
の少なくとも一方、例えばカソード（−）側の電極３お
よび当該電極３上のイオン伝導体層２上に被覆されたポ
ーラスアルミナ層（Ａｌ2 Ｏ3 ）である。
【０００８】この酸素センサＣ1 では、少なくともカソ
ード電極３がガス透過性を有するポーラスアルミナ層５
により被覆されていて、気体拡散層を構成しているた
め、被測定気体中の酸素分子は、このポーラスアルミナ
層５を通じてカソード電極３側に到達できるので、所望
のセンサ機能が得られる。なお、この酸素センサＣ1 の
場合、イオン伝導体層２は、その機能からすると、少な
くとも両電極３，４間の跨がる基板１上に形成されてい
ればよく、上記電極３，４上イオン伝導体層２は省略す
ることも可能である。
ード電極３がガス透過性を有するポーラスアルミナ層５
により被覆されていて、気体拡散層を構成しているた
め、被測定気体中の酸素分子は、このポーラスアルミナ
層５を通じてカソード電極３側に到達できるので、所望
のセンサ機能が得られる。なお、この酸素センサＣ1 の
場合、イオン伝導体層２は、その機能からすると、少な
くとも両電極３，４間の跨がる基板１上に形成されてい
ればよく、上記電極３，４上イオン伝導体層２は省略す
ることも可能である。
【０００９】この酸素センサＣ1 の製造にあたっては、
最近の半導体製造技術などを用いればよく、上記両電極
３，４にあっては、印刷法などにより基板１の片面側に
同時に形成する。また、ポーラスアルミナ層５の形成に
あたっては、先ず、アノード（＋）側の電極４およびイ
オン伝導体層２をマスクして、図４に示したように、カ
ソード電極３側にのみ、アルミニウム層５ａを被覆させ
る。
最近の半導体製造技術などを用いればよく、上記両電極
３，４にあっては、印刷法などにより基板１の片面側に
同時に形成する。また、ポーラスアルミナ層５の形成に
あたっては、先ず、アノード（＋）側の電極４およびイ
オン伝導体層２をマスクして、図４に示したように、カ
ソード電極３側にのみ、アルミニウム層５ａを被覆させ
る。
【００１０】次に、このアルミニウム層５ａをポーラス
アルミナ層５とするには、図５に示した如き陽極酸化処
理装置系１００を用いて、本発明に係る製造方法の特徴
とする陽極酸化処理を施せばよい。つまり、上記基板１
のカソード電極３側をプラス側とすると共に、マイナス
側に例えばステンレス板１０１を接続して、Ｈ3 ＰＯ4
溶液などの処理液１０２が充填された処理層１０３中の
当該処理液１０２中に浸漬させ、直流電源１０４からの
電流を定電流回路１０５を通じて通電させれば、陽極酸
化が行われる。この場合、電極３上面にはイオン伝導体
層２があるため、アルミニウム層５ａの電極３と直接接
している部分を中心にして、ポーラス（多孔）化された
ガス透過性のポーラスアルミナ層５が形成される。な
お、電極３上面にイオン伝導体層２を設けない場合に
は、アルミニウム層５ａのほぼ全部をポーラスアルミナ
層５とすることができる。このとき、ポーラス度は、陽
極酸化処理装置系１００の電流、電圧などをコントロー
ルすることにより、微細に調整することができる。
アルミナ層５とするには、図５に示した如き陽極酸化処
理装置系１００を用いて、本発明に係る製造方法の特徴
とする陽極酸化処理を施せばよい。つまり、上記基板１
のカソード電極３側をプラス側とすると共に、マイナス
側に例えばステンレス板１０１を接続して、Ｈ3 ＰＯ4
溶液などの処理液１０２が充填された処理層１０３中の
当該処理液１０２中に浸漬させ、直流電源１０４からの
電流を定電流回路１０５を通じて通電させれば、陽極酸
化が行われる。この場合、電極３上面にはイオン伝導体
層２があるため、アルミニウム層５ａの電極３と直接接
している部分を中心にして、ポーラス（多孔）化された
ガス透過性のポーラスアルミナ層５が形成される。な
お、電極３上面にイオン伝導体層２を設けない場合に
は、アルミニウム層５ａのほぼ全部をポーラスアルミナ
層５とすることができる。このとき、ポーラス度は、陽
極酸化処理装置系１００の電流、電圧などをコントロー
ルすることにより、微細に調整することができる。
【００１１】因に、このような方法により得られた酸素
センサを３０個ほど用意し、各酸素センサについて測定
試験を行ったところ、非常にクリアな限界電流特性が得
られ、しかも、各酸素センサの当該限界電流値にはあま
りバラツキがなく、非常によく揃っていて、高い再現性
が得られた。
センサを３０個ほど用意し、各酸素センサについて測定
試験を行ったところ、非常にクリアな限界電流特性が得
られ、しかも、各酸素センサの当該限界電流値にはあま
りバラツキがなく、非常によく揃っていて、高い再現性
が得られた。
【００１２】図６〜７は、本発明に係る酸素センサの他
の実施例を示したものである。この酸素センサＣ2 も、
基本的には上記酸素センサＣ1 とほぼ同様であるが、こ
の酸素センサＣ2 の場合、図示したように、カソード
（−）側の電極３とアノード（＋）側の電極４の全面に
アルミニウム層を形成した後、このアルミニウム層を上
記と同様陽極酸化処理によりポーラスアルミナ層５とし
た場合である。この場合も、上記と同様所望のセンサ機
能が得られる。
の実施例を示したものである。この酸素センサＣ2 も、
基本的には上記酸素センサＣ1 とほぼ同様であるが、こ
の酸素センサＣ2 の場合、図示したように、カソード
（−）側の電極３とアノード（＋）側の電極４の全面に
アルミニウム層を形成した後、このアルミニウム層を上
記と同様陽極酸化処理によりポーラスアルミナ層５とし
た場合である。この場合も、上記と同様所望のセンサ機
能が得られる。
【００１３】なお、上記実施例では、電極３，４が櫛型
形状のものであったが、本発明は、この形状に限定され
るものではない。
形状のものであったが、本発明は、この形状に限定され
るものではない。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る酸素センサおよびその製造方法によれば、次のよ
うな優れた効果が得られる。 （１）アルミニウム層の陽極酸化処理により、ガス透過
性を有するポーラスアルミナ層が形成されるため、セン
サ構造の重要な構成部分である気体拡散層が極めて容易
に形成できるようになる。 （２）陽極酸化処理の際、この装置系の電流、電圧など
をコントロールすれば、ポーラスアルミナ層のポーラス
度を微細に調整することができる。 （３）また、上記電流、電圧、処理液などを最適の条件
で設定することにより、安定した電界電流値を有する、
非常に再現性の高いポーラスアルミナ層が得られる。 （４）アルミニウム層からポーラスアルミナ層への変化
が連続的であって、接合面に生ずるストレスが少なく、
優れた耐久性が得られる。 （５）カソード（−）、アノード（＋）の両電極を基板
の片面側に設ける構造とし、かつ、上記簡単な陽極酸化
処理とを組み合わせれば、加工性に優れ、製造が容易
で、高い量産性が得られる。
に係る酸素センサおよびその製造方法によれば、次のよ
うな優れた効果が得られる。 （１）アルミニウム層の陽極酸化処理により、ガス透過
性を有するポーラスアルミナ層が形成されるため、セン
サ構造の重要な構成部分である気体拡散層が極めて容易
に形成できるようになる。 （２）陽極酸化処理の際、この装置系の電流、電圧など
をコントロールすれば、ポーラスアルミナ層のポーラス
度を微細に調整することができる。 （３）また、上記電流、電圧、処理液などを最適の条件
で設定することにより、安定した電界電流値を有する、
非常に再現性の高いポーラスアルミナ層が得られる。 （４）アルミニウム層からポーラスアルミナ層への変化
が連続的であって、接合面に生ずるストレスが少なく、
優れた耐久性が得られる。 （５）カソード（−）、アノード（＋）の両電極を基板
の片面側に設ける構造とし、かつ、上記簡単な陽極酸化
処理とを組み合わせれば、加工性に優れ、製造が容易
で、高い量産性が得られる。
【図１】本発明に係る酸素センサの一実施例を示した概
略縦断面図である。
略縦断面図である。
【図２】図１の酸素センサの一部欠截概略平面図であ
る。
る。
【図３】図１の酸素センサの部分拡大縦断面図である。
【図４】図１の酸素センサの陽極酸化処理前の状態を示
した概略縦断面図である。
した概略縦断面図である。
【図５】本発明に係る酸素センサの製造方法において用
いる陽極酸化処理装置系の一例を示した概略説明図であ
る。
いる陽極酸化処理装置系の一例を示した概略説明図であ
る。
【図６】本発明に係る酸素センサの他の実施例を示した
概略縦断面図である。
概略縦断面図である。
【図７】図６の酸素センサの部分拡大縦断面図である。
１ 基板、 ２ イオン伝導体層、 ３ センサ電極（カソード）、 ４ センサ電極（アノード）、 ５ ポーラスアルミナ層、 ５ａ アルミニウム層、 １００ 陽極酸化処理装置系、 Ｃ1 〜Ｃ2 酸素センサ、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 嘉則 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に形成されたセンサ電極と、少な
くとも該センサ電極間に跨がる基板上に形成したイオン
伝導体層と、前記センサ電極の少なくとも一方の電極上
に被覆されたポーラスアルミナ層とからなることを特徴
とする酸素センサ。 - 【請求項２】 基板上にセンサ電極を形成すると共に少
なくとも該センサ電極間に跨がる基板上にイオン伝導体
層を形成し、かつ、前記センサ電極の少なくとも一方の
電極上にアルミニウム層を被覆し、しかる後、当該アル
ミニウム層の少なくとも一部を陽極酸化処理によりポー
ラスアルミナ層としたことを特徴とする酸素センサの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4146251A JPH05312771A (ja) | 1992-05-13 | 1992-05-13 | 酸素センサおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4146251A JPH05312771A (ja) | 1992-05-13 | 1992-05-13 | 酸素センサおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05312771A true JPH05312771A (ja) | 1993-11-22 |
Family
ID=15403518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4146251A Pending JPH05312771A (ja) | 1992-05-13 | 1992-05-13 | 酸素センサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05312771A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002503151A (ja) * | 1997-06-17 | 2002-01-29 | エア エナジー リソースィズ インコーポレイテッド | 水蒸気に優先して酸素を選択的に輸送するための膜及び前記膜を備えた金属空気電気化学電池 |
| CN112834594A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-05-25 | 成都能斯特新材料科技有限公司 | 一种氮氧传感器用多孔氧化铝膜 |
-
1992
- 1992-05-13 JP JP4146251A patent/JPH05312771A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002503151A (ja) * | 1997-06-17 | 2002-01-29 | エア エナジー リソースィズ インコーポレイテッド | 水蒸気に優先して酸素を選択的に輸送するための膜及び前記膜を備えた金属空気電気化学電池 |
| CN112834594A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-05-25 | 成都能斯特新材料科技有限公司 | 一种氮氧传感器用多孔氧化铝膜 |
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